Ikke brændbar elektrolyt til højtydende kaliumbatterier

Australske videnskabsmænd har udviklet en ikke-brændbar elektrolyt til kalium- og kalium-ion-batterier, til applikationer i næste generations energilagringssystemer ud over lithiumteknologi. I journalen Angewandte Chemie , forskere skriver, at den nye elektrolyt baseret på en organisk fosfat gør batterierne mere sikre og også muliggør drift ved reducerede koncentrationer, hvilket er en nødvendig betingelse for anvendelser i stor skala.

Lithium-ion-teknologi dominerer stadig energilagringsapplikationer, men det har iboende ulemper, blandt andet prisen, miljøspørgsmål, og elektrolyttens brændbarhed. Derfor, i næste generations teknologier, forskere erstatter lithium-ionen med mere rigelige og meget billigere ioner, såsom kaliumion. Imidlertid, kalium- og kalium-ion-batterier står også over for sikkerhedsproblemer, og ikke-brandbare elektrolytter er endnu ikke tilgængelige for dem.

Materialeforsker Zaiping Guo, og hendes team fra University of Wollongong, Australien har fundet en løsning. Forskerne udviklede en elektrolyt baseret på et flammehæmmende materiale og tilpassede den til brug i kaliumbatterier. Udover at give ikke-brændbarhed, det kunne drives i batterier i koncentrationer, der er egnede til store applikationer, skriver forskerne.

Denne nye elektrolyt indeholdt triethylphosphat som den eneste bestanddel af opløsningsmidlet. Dette stof er kendt som et flammehæmmer. Det er blevet testet i lithium-ion-batterier, men kun meget høje koncentrationer gav tilstrækkelig stabilitet til langtidsdrift, for høj til industrielle applikationer. Batteriindustrien efterspørger fortyndede elektrolytter, som er billigere og sikrer bedre præstationer. Ved at bruge kaliumioner, imidlertid, koncentrationerne kan reduceres, rapporterede forfatterne. De kombinerede fosfatopløsningsmidlet med et almindeligt tilgængeligt kaliumsalt og opnåede en elektrolyt, der ikke brændte og tillod stabil cyklus af de samlede batterikoncentrationer på 0,9 til 2 mol pr. som er koncentrationer, der er velegnede til større skalaer; for eksempel, i smart-grid-applikationer.

Nøglen til denne ydeevne var dannelsen af ​​et ensartet og stabilt fast-elektrolyt interfase lag, ifølge forfatterne. De observerede dette lag, som sikrer betjening af elektroderne, kun med fosfatelektrolytten. Konventionelle carbonatbaserede elektrolytter var ude af stand til at opbygge dette lag. Forfatterne rapporterede også om høj cykelstabilitet; hvorimod, under samme betingelser, den konventionelle carbonatbaserede elektrolyt nedbrydes.

Guo og hendes team har vist, at næste generation af kalium-ion-batterier kan gøres sikre ved at bruge en ny uorganisk, fosfatbaseret elektrolyt. De foreslår, at elektrolytter baseret på flammehæmmere kan udvikles yderligere og kan bruges til design af andre ikke-brandbare batterisystemer.